SCPC單車和MCPC班車（第三回）
——《馬路上的衛星》之五

+一席VSAT

“傾國傾城”是用來形容女子美貌的最為常用的成語。但即使傾國傾城，也得謹慎使用。比如《紅樓夢》中賈寶玉就曾經在和林黛玉一起讀《西廂記》的時候笑道：“我就是個‘多愁多病身’，你就是那‘傾國傾城貌’。”結果弄得林妹妹很不高興，“登時直豎起兩道似蹙非蹙的眉，瞪了兩只似睜非睜的眼，微腮帶怒，薄面含嗔”，鬧了一肚子的委屈[1]。

當然，我們這里并不是想聊什么《紅樓夢》，而是想看一下曾經光彩照人，傾倒過無數SCPC單車的“大媽”應用于MCPC班車時會出現什么樣的問題。

多愁多病的MCPC/DAMA

從上一回SCPC/DAMA的介紹中可以看出，“大媽”和SCPC是能夠成為非常要好的閨密的，而SCPC/DAMA的青春組合也的的確確曾經風靡一時，并久已聞名于世。可是，“大媽”跟MCPC卻似乎很難“密”在一起，從來沒聽說過有什么MCPC/DAMA。這又是怎么回事兒呢？

MCPC能DAMA嗎？

這里，我們需要注意SCPC單車和MCPC班車有一個重要差別，那就是SCPC單車總是一人一騎，每個車次乘車的人數總是只有一位，從來不變（騎車帶人，違反交規的不算），所以DAMA操作就很簡單，頗得熱心“大媽”的喜愛。

而MCPC班車則很不相同，每個車次乘車的人數都會不太一樣。比如有的上次裝了五六十人（半空半滿），有的這次只裝了三四個人（幾乎全空），而有的下次卻要裝一二百人（幾乎全滿）。（參見圖1），在這種情況下，MCPC怎么DAMA呢？

這里，我們不妨首先看一下在沒有DAMA，而只有PAMA時MCPC班車占用車道運行的情景。

如圖2所示，各個單位（地面站）的班車（載波）都一樣大，占用的車道寬度（帶寬）也都一樣寬（比如全是2MHz）。可實際情況卻是這些單位肯定有大有小，乘坐班車的員工也肯定有多有少，所以安排以載客量相同的車輛（載波），分配以寬窄相同的車道（帶寬），是不合理的。

另外，每個單位每次乘坐班車的人數也不是一成不變的，有時會多一點，有時又會少一點 ；有時會非常多，有時又會非常少。

圖1 一人一騎的單車和時滿時空的班車

圖2 不理想的MCPC班車運行（1）

如圖3所示，不管每次乘客多少，都安排載客量相同的車輛，并占用寬度相同的車道，顯然也是不合理的。其中最為糟糕的一種情形是在早晚高峰期交通極其繁忙的時候，空蕩蕩的專用車道上卻只行駛著一輛空蕩蕩的班車，這輛班車上只有一名乘客，車里的其它座位全都空著，而這輛班車呢，卻悠哉悠哉地、單獨地占據著又空又寬的專用車道慢騰騰地行駛，不允許其它車輛同道而行。（參見圖4）。

那么什么才是最理想的MCPC班車運行方式呢？那當然就是把“大媽”請來，也實施DAMA按需分配，讓各個單位發出的班車的大小及其占用車道的寬窄，都能夠根據各個單位每次實際乘車的人數來進行調整。如：

●人多的時候，就開出一輛載客量多一點兒的大型班車，占用一條寬一些的車道行駛。

●人少的時候，就開出一輛載客量少一點兒的小型班車，占用一條窄一些的車道行駛。

即每一次為單位安排的班車（載波）都不是一成不變的，而是根據實際乘車的人數可大可小的；每一次為單位及班車分配的車道（帶寬）也不是一樣寬的，而是根據實際班車的大小可寬可窄的。（參見圖5）

可如此一來，與SCPC/DAMA相比，“大媽”可就要忙多了。

原本在SCPC/DAMA中，DAMA是用來支持等寬的SCPC載波的（如編碼率為64kbps，帶寬為60kHz的話音），各輛單車的大小都一樣，各條車道的寬度也都是固定和相同的，所以“大媽”牽線搭橋、介紹對象的工作也相對簡單，只要看到有空閑的車道，就隨手抓個“單車漢”，直接往車道上投送就可以了。

而如今呢，由于IP協議及基于IP協議的各種業務的普及，真正的SCPC已經很少見了（詳見第一回），那些貌似SCPC的站點及其載波實為MCPC，用戶的業務和業務量也不再固定不變了，而是總在不斷地隨機變化。這就給“大媽”的工作造成了很大的麻煩，不僅要每次為各個單位安排不同大小的班車，而且還要同時對各條車道的寬窄進行相應的調整；不僅要為本單位的光棍兒們約會對象，而且還需要兼顧鄰居，同時為鄰居以及鄰居的鄰居中的光棍兒們約會對象。其中任何地方出現了花花公子變心郎，就都會殃及相鄰單位及相鄰車道，乃至于所有單位及所有車道，就都需要對所有車道和所有約會重新進行調整！

圖3 不理想的MCPC班車運行（2）

圖4 不理想的MCPC班車運行（3）

可以想象，在一個VSAT網絡中，對衛星上所有載波的所有參數，對所有地面站中所有調制器和所有解調器的所有發射和所有接收參數，同時進行頻率、電平、比特率、編碼率、調制方式、符號率等一系列的調整，那是相當復雜和費勁的，這足以讓“大媽”失去“傾國傾城的貌”，而落得個“多愁多病的身”。

而即使能夠進行調整，也還存在一個快慢的問題。因為如果調整的速度不夠快的話（比如幾秒，甚至幾十秒），那就有可能“計劃趕不上變化”，出現剛被分配的帶寬已不再適合新的業務需求的情況。尤其在IP業務總是在連續不斷地發生變化，甚至巨變的情況下，用戶業務與分配帶寬之間的矛盾也就會變得更加突出和嚴重，而典型應用則涉及航空管制、公安消防和應急通信等一些對實時性和可靠性要求非常高的領域。

聽起來似乎“大媽”要涼涼了，要像《李延年歌》中的最后兩句所說：“寧不知傾城與傾國，佳人難再得”了。不過，好在隨著近幾年來技術的發展，MCPC也有了不少的改進，其中之一就是在帶寬的按需分配上，調整的速度越來越快，從原來的幾十秒甚至幾分鐘，加快到了現在的幾秒乃至1秒。雖然還有些遮遮掩掩，尚未明言，但卻大有“TDMA化”的趨勢。

SCPC和MCPC的“TDMA化”

在本系列《馬路上的衛星之二 ——一言難盡的TDMA》中曾經說過，TDMA時分多址衛星通信網絡中的帶寬是以時隙的數量來表征的，如某個站點占用了多少個64kbps的時隙等；而FDMA頻分多址網絡中的帶寬則是以頻率的寬度來表征的，如某個站點發射的載波占用了多少kHz的頻帶等。所以，對于基于FDMA技術體制的衛星通信網絡（如SCPC）來說，實現帶寬按需分配的基礎之一，就是各個站點里Modem的頻率和速率都必須能夠按需改變。

如圖6所示，在某一VSAT衛星通信網絡中，某一站點中用戶的業務及業務量正在不斷變化著（綠色曲線部分）。如果VSAT系統支持動態的帶寬按需分配的話，那么其Modem就應該能夠根據實際業務量的多少及變化而“隨時”改變速率，“隨時”對帶寬進行調整。不過，雖然這里說的是“隨時”，但實際上再“隨時”也總是需要一定時間的。就是說，在衛星通信系統對用戶的業務量進行了探測，并確定了相應的分配帶寬后，Modem總是需要一定的時間才能將速率、頻率等參數調整到新的數值，才能開始提供新的帶寬（紅色矩形部分），并且需要持續一定時間（ΔT）之后才能再啟動下一輪的調整。

圖5 理想的MCPC班車運行

圖6 帶寬按需分配（1）

可是，用戶的業務及業務量在ΔT的這段時間里是會發生變化的。這樣，在實際的業務量和Modem所提供的帶寬之間就會出現差距（ΔBW，圖中斜線陰影部分），而且ΔT越大，ΔBW也就會越大：

A.如果Modem所提供的帶寬小于實際業務量（如圖中t1～t2和t2～t3之間A部所指區域），則帶寬就會出現擁塞，用戶業務就會因為帶寬不夠而被迫延遲。這對于那些對時延、抖動、帶寬穩定性等性能要求很高的實時性業務，如一鍵通話音、雷達數據等是十分不利的。

B.如果Modem所提供的帶寬大于實際業務量（如圖中t3～t4之間B部所指區域），則帶寬又會出現浪費，即帶寬的利用率會明顯降低。

顯然，解決這些問題的辦法就是縮短ΔT，也就是加快Modem改變參數和調整帶寬的速度，以使其提供的帶寬盡可能地接近用戶的實際業務量。（參見圖7、圖8）

而且改變的速度越快，就越能適應用戶的業務變化，就越能接近用戶的實際業務量，帶寬的利用率也就越高，而這其實和微分的道理是一樣的。（參見圖8）

所以，一個VSAT系統及其網絡在帶寬按需分配方面的性能到底有多強，考察的方法之一就是看它的ΔT有多長。

對于TDMA時分多址系統及其網絡而言，帶寬是用時隙來表示的。各個站點中的Modem發射出來的載波都不是連續的載波，而是一個又一個短小而快速的突發。這些突發可以分時發向同一頻點，而每個站點就是利用這樣一個個的突發去占用一個個的時隙，也就是去占用帶寬。所謂VSAT網絡為某一站點分配了多少帶寬，實際上就是VSAT網絡給該站點分配了多少個時隙，允許該站點利用其Modem發射的突發占用多少個時隙。

有關TDMA網絡中帶寬分配的詳細介紹可參閱《馬路上的衛星之二——一言難盡的TDMA》，這里只給出一個簡化了的示意圖（參見圖9）。

如圖9 所示，某一衛星通信網絡中有VSAT-A（紅）、VSAT-B（藍）、VSAT-C（黃）和VSAT-D（綠）等4個站點。這些站點向同一頻點（f），以相同的速率，但卻在不同的時間發射突發載波，時分共享同一帶寬。因為在TDMA網絡中，信道的帶寬不是像在FDMA網絡中以其頻帶寬度（Hz，赫茲）來表示，而是以其傳輸容量（bps或b/s，比特/秒）來表示的，所以我們這里不妨假設這段衛星信道的總帶寬為8Mbps。至于說各個VSAT實際占用了多少帶寬，那就要看每個VSAT占據這段衛星信道的時間有多長，百分比有多高。占據時間越長，百分比越高，占用帶寬也就越多（最多為100%，即8Mbps）；占據時間越短，百分比越低，占用帶寬也就越少（最少為0%，即0bps）。比如：

●在圖9左圖中，4個站點等時占據信道，平分了8Mbps帶寬，那么每個站點獲得的帶寬就是8Mbps的1/4，即2Mbps。

圖7 帶寬按需分配（2）

圖8 帶寬按需分配（3）

●在圖9中間的圖上，VSAT-A占據信道的時間變得最短，百分比最低，所以占用的帶寬（紅色部分）也就變得最少；而VSAT-C占據信道的時間變得最長，百分比最高，因而占用的帶寬（黃色部分）也就變得最多。

●在圖9右圖中，VSAT-A占據信道的時間又變得最長，百分比最高，所以占用的帶寬（紅色部分）又變為最多；而VSAT-B占據信道的時間則變得最短，百分比最低，因而占用的帶寬（藍色部分）又成為最少。

值得注意的是，在TDMA網絡中，不管占用多少帶寬，各個站點的Modem都是以相同的出口頻率和速率發射突發載波的，只是在發射時間上互不重疊，即TDMA網絡中的帶寬分配實際上是在時域中進行的，并不涉及頻率等頻域方面的參數變化和調整，故其ΔT可處于毫秒級，能夠非常輕松地實現瞬時的、動態的帶寬按需分配。

相比之下，對于基于FDMA頻分多址體制的SCPC和MCPC衛星通信網絡來說，帶寬的改變則是在頻域中進行的。（參見圖10）

如圖10所示，在FDMA網絡（包括SCPC和MCPC）中，各個站點在根據用戶業務改變占用帶寬的時候：

●不僅需要對發射載波的速率進行調整（C→C’→C”），而且還需要對發射載波的頻率進行調整（f→f’→f”）；

●不僅需要對發射端站點的發射載波速率和頻率進行調整，而且還需要對相應的接收端站點的接收載波速率和頻率進行調整；

●不僅需要對本站點的發射和接收載波進行調整，而且還需要對相鄰的和不相鄰的其它站點的發射和接收載波進行調整。

這就是說，與TDMA網絡中各個站點Modem的頻率和速率都無需調整不同[2]，對于SCPC和MCPC等FDMA系統來講，在全網范圍內實施帶寬按需分配時所牽涉到的站點和參數可就要多多了，幾乎所有的站點、所有的Modem、所有的調制器、所有的解調器的頻率和速率都需要一起改變。就像前面“理想的MCPC班車運行”中所描繪的那樣，每次班車的大小都要根據實際乘車的人數而變，馬路上各條車道的寬窄也要根據班車的大小而變，班車忽大忽小，道路忽寬忽窄，整個網絡的交通規則都需要不斷地進行調整。

而不容忽視的是這樣的時時調整是需要時間的。在過去，這樣的調整會長達十幾秒，甚至幾十秒，短則也需要幾秒。這雖然在一定程度上也實現了帶寬的按需分配，但與TDMA相比，“微分”和“動態”的程度就相差得太遠了，達不到最佳的效果。

圖9 基于TDMA的帶寬按需分配

不過隨著技術的進步，為了彌補在帶寬分配和帶寬利用率方面的缺陷，如今一些SCPC和MCPC的設備制造商已經努力把Modem調整載波的速度加快到了1秒鐘。只不過這樣一來，一個頻率和速率都在時刻改變的載波，頻分的色彩就越來越淡了，而時分的味道卻越來越濃了，越來越呈現出TDMA的特性，越來越“TDMA化”了。盡管這樣向時分方向的演化還“猶抱琵琶半遮面”，且仍處在秒級水平上，好似一種慢速的“偽TDMA”，與瞬變的“真TDMA”系統相比還相去甚遠，但這也已經很不容易了，是一種很難得的進步了。

總結

“夫以色事人者，色衰而愛弛，愛弛則恩絕。”

-《漢書（孝武李夫人傳》

李夫人不僅貌美，而且智慧。在她病重期間，漢武帝曾經親自前來探望。但無論武帝如何懇求，李夫人卻始終都用被子緊緊地蒙住臉，堅決不讓武帝看到自己。眾人不解，而李夫人則解釋道，她之所以能夠得到寵幸，皆因容貌姣好。但倘若被武帝看到了自己丑陋的病容，情況就會大不一樣了，就會“色衰、愛弛、恩絕”了。

所以，正是因為李夫人的這一明智之舉，才使其在多年之后仍然能讓漢武帝“立而望之”，無比懷念。盡管早逝，但最終命運卻比陳皇后阿嬌、衛皇后子夫和鉤弋夫人的命運要好得多。

聯想到衛星通信，在移動通信早已實現4G，并大步邁向5G的時代，那些還停滯于1G的“多愁多病”的FDMA技術，是不是也應該像智慧的李夫人那樣，在明知已經色衰的情況下，不再極力粉飾、半遮半掩，而是決絕地退出，從而能夠在人們心中永遠地留下“絕世而獨立”、“傾國傾城”的美好記憶呢？

后記：誰關心帶寬？

衛星通信與移動通信、WiFi、LTE、自組網等其它無線通信有一個很大的不同之處，就是在組建好一個VSAT衛星通信網絡之后，用戶還需要向擁有并運營太空中衛星的衛星公司，如國際衛星公司（Intelsat）、SES衛星公司、歐洲衛星公司（Eutelsat）、亞洲衛星公司（Asiasat）等租用衛星帶寬并支付相應的租金。而相比于地面站設備的一次性投資費用，需要長年累月向衛星公司支付租金的帶寬費用其實是相當可觀的。比如較為典型的價格是1MHz帶寬每年的租金大約需要20～25萬元左右。所以，空間段帶寬是衛星通信中需要考慮的一項非常重要的因素，其重要性絲毫不亞于地面站設備。

圖10 基于FDMA的帶寬按需分配

但實際情況似乎卻是并沒有多少人關心帶寬，至少在項目初期的系統選型階段是這種情況。我們可以從與衛星通信網絡關系最密切的設備制造廠家、系統集成商、衛星公司和用戶逐一地道一道。

首先，對衛星通信的設備制造商而言，能否將產品更多地銷售出去才是最重要的，至于說用戶的衛星通信網絡在以后運營時需要租用多少帶寬及付出多少租金，則都是用戶的事情，與設備制造商無關，所以犯不上為了幫助用戶節省帶寬而花時間、下功夫，為了加強系統及網絡的性能而增加設備的成本，進而失去價格上的競爭優勢，降低銷量和減少市場占有率。

而對于系統集成商來說，衛星通信網絡需要多少帶寬，用戶需要付出多少租金，也是跟自己沒有什么關系的。系統集成商最關心的是差價和利潤，是能夠在從廠家買到設備上再加價多少轉銷給用戶，所以設備并不是越省帶寬越好，而是越便宜越好。舉例來說，比如用戶的某衛星通信站點的預算為100萬，而現有兩款衛星modem可供集成商選擇。其中一款價格較高（比如50萬），但性能很強，能夠為用戶在以后的網絡運營中節省大量的帶寬及租金；而另一款價格很低（比如只有10萬），但性能偏弱，用戶需要在以后的網絡運營中租用較多的帶寬和花費很多的租金。試想，大多數集成商會做何選擇？

至于說以出租帶寬為生的衛星公司，情況則更加簡明，當然是多多益善。如果想讓衛星公司主動地向用戶推薦帶寬高效的衛星通信系統，那可以說是天方夜譚。倘若某某用戶興致沖沖地跑到衛星公司面前說：“我們現在有了一種技術更加先進的衛星通信系統，能夠大幅節省帶寬，以后不再需要從你們那里租那么多，而只需要原來帶寬的一小半兒了。”大家可以想象一下衛星公司將會是什么樣的表情？

最后說一下在這幾方中處于弱勢的用戶。按理說用戶應該是最重視帶寬的了，因為他們是要為租用衛星帶寬付出真金白銀，然而實際情況也并非如此。因為在用戶內部也存在著多個部門，有的負責采購，有的負責建設，有的負責運營。在這些部門中，只有負責日后運營的部門才會和帶寬打交道，才會對帶寬非常關心。而令人遺憾的是，一般在決策設備的采購時，價格常常成為最主要，甚至是唯一的考慮因素，帶寬及其日后長年的租金費用則被扔到一邊。比如在有一次商務談判中，手握重權的采購部門就曾坦言：“節不節省帶寬跟我們沒關系，那是其它部門的事情。如果為了節省帶寬而使采購設備的費用提高了，我們是要負責的，是不好交代的，所以我們只看設備的價格。”

這種“只管地下，不顧天上；只管自己，不顧別人；只管現在，不顧將來”的現象還是相當普遍的。可這并不是一種健康的狀態，長久以往會對用戶使用衛星的信心造成不良的影響，會使本已慘淡的衛星通信行業雪上加霜，會進一步阻礙衛星通信的良性發展。這就像老百姓購買私家車一樣，倘若車很便宜，價格也很低，但油價卻高高的，且車的耗油量又很大，讓用戶在日常使用中難以為繼，試想私家車還能得到廣泛的普及嗎？

同樣值得注意的是，有很多提供衛星通信服務的VSAT運營網絡的倒閉，其實并不是由于衛通設備昂貴造成的，而是因為需要租用的衛星帶寬過多，帶寬租金難以承擔而引發的。所以說衛星通信是個系統工程，如果只圖地上便宜，那就一定會在天上付出更多的代價；而如果要想節省天上的帶寬及長期的運營費用，就必須在地上多加投入，多下功夫。

注釋

[1]：《紅樓夢》第二十三回“西廂記妙詞通戲語，牡丹亭艷曲警芳心”。

[2]：即使是具有多路頻率信道的MFTDMA（多頻TDMA）網絡，由于各個信道的頻率和速率均已預先設定，且所有站點也均已預先知曉，所以即使有跳頻操作，帶寬的調整速度也仍然能夠十分迅速。